السنكروترون الأسترالي

📅 آخر تحديث: ٢٨ يوليو ٢٠٢٦
✍️ نُشر في: ٢٨ يوليو ٢٠٢٦
📷 يحتوي على 3 صور
الموسوعة الحرة

يُعدّ السنكروترون الأسترالي مرفقًا وطنيًا للإشعاع السنكروتروني بقدرة 3 جيجا إلكترون فولت، ويقع في كلايتون ، في الضواحي الجنوبية الشرقية لمدينة ملبورن ، فيكتوريا . افتُتح المرفق عام 2007، وتتولى تشغيله المنظمة الأسترالية للعلوم والتكنولوجيا النووية . [ 1 ] [ 2 ]

السنكروترون الأسترالي هو منشأة مصدر ضوئي (على عكس المصادم )، يستخدم مسرعات الجسيمات لإنتاج حزمة من الإلكترونات عالية الطاقة ، تُسرّع إلى سرعة تقارب سرعة الضوء، ثم تُوجّه إلى حلقة تخزين حيث تدور لساعات طويلة أو حتى أيام متواصلة. وعندما ينحرف مسار هذه الإلكترونات في حلقة التخزين بفعل مغناطيسات الانحناء أو أجهزة الإدخال ، فإنها تُصدر ضوء السنكروترون . يُوجّه هذا الضوء إلى محطات تجريبية تحتوي على معدات متخصصة، مما يُتيح مجموعة واسعة من التطبيقات البحثية، بما في ذلك التصوير عالي الدقة الذي لا يُمكن الحصول عليه في ظروف المختبر العادية. [ 3 ]

يدعم السنكروترون الأسترالي الاحتياجات البحثية للجامعات ومراكز الأبحاث الرئيسية في أستراليا، بالإضافة إلى الشركات التي تتراوح بين الشركات الصغيرة والمتوسطة الحجم والشركات متعددة الجنسيات. وخلال الفترة 2014-2015، دعم السنكروترون الأسترالي أكثر من 4300 زيارة بحثية وما يقارب 1000 تجربة في مجالات مثل الطب والزراعة والبيئة والدفاع والنقل والتصنيع المتقدم والتعدين. [ 4 ]

في عام ٢٠١٥، أعلنت الحكومة الأسترالية عن استثمار بقيمة ٥٢٠ مليون دولار أسترالي على مدى عشر سنوات في العمليات التشغيلية من خلال منظمة العلوم والتكنولوجيا النووية الأسترالية (ANSTO) . [ ٥ ] [ ٦ ] ومن المتوقع أن يوفر نظام الطاقة الشمسية بقدرة ١.٥ ميغاواط المثبت على السطح مليوني دولار من تكاليف الكهرباء على مدى خمس سنوات. [ ٧ ]

في عام 2020، تم استخدامه للمساعدة في رسم خريطة التركيب الجزيئي لفيروس كوفيد-19 ، خلال جائحة كوفيد-19 . [ 8 ]

أنظمة التسريع

صورة داخلية لمرفق السنكروترون الأسترالي عام 2006 قبل تركيب خطوط الحزم. تهيمن على الصورة حلقة التخزين ، مع محطة تجريبية في المقدمة اليمنى. في منتصف حلقة التخزين توجد حلقة التعزيز والمسرع الخطي . [ 9 ]

مسدس إلكتروني

تُنتَج الإلكترونات المستخدمة لتوفير ضوء السنكروترون أولاً في مدفع الإلكترونات ، عن طريق الانبعاث الحراري من مهبط معدني ساخن. ثم تُسرَّع الإلكترونات المنبعثة إلى طاقة 90 كيلو إلكترون فولت (keV ) بواسطة فرق جهد 90 كيلو فولت مُطبَّق عبر المدفع، وتشق طريقها إلى المُسرِّع الخطي.

مسرع خطي

يستخدم المعجل الخطي (أو الليناك) سلسلة من تجاويف الترددات الراديوية ، تعمل بتردد 3  جيجاهرتز، لتسريع حزمة الإلكترونات إلى طاقة 100 ميجا إلكترون فولت، على مسافة حوالي 15 مترًا. ونظرًا لطبيعة هذا التسريع، يجب فصل الحزمة إلى حزم منفصلة. تتم عملية التجميع في بداية المعجل الخطي، باستخدام عدة تجاويف تجميع. يستطيع المعجل الخطي تسريع حزمة الإلكترونات مرة كل ثانية. وفي مراحل لاحقة من المعجل، تُستخدم مغانط رباعية الأقطاب للمساعدة في تركيز حزمة الإلكترونات.

داخل درع حلقة التعزيز، يظهر المعجل الخطي في الصورة على اليمين ممتدًا من مدفع الإلكترونات الموجود على الجدار البعيد، ويتصل بحلقة التعزيز الظاهرة على اليسار.

معزز السنكروترون

المُعزِّز عبارة عن مُسرِّع إلكتروني يعمل على تحويل حزمة الإلكترونات ذات طاقة 100 ميجا إلكترون فولت من المُسرِّع الخطي، ورفع طاقتها إلى 3 جيجا إلكترون فولت. يبلغ محيط حلقة المُعزِّز 130 مترًا، وتحتوي على تجويف ترددات راديوية واحد بخمس خلايا (يعمل بتردد 500  ميجاهرتز) يُزوِّد حزمة الإلكترونات بالطاقة. يتم تسريع الحزمة من خلال زيادة قوة المغناطيس ومجالات التجويف بشكل متزامن. تستغرق كل دورة زيادة وخفض الطاقة حوالي ثانية واحدة (لإتمام عملية الزيادة والخفض).

حلقة تخزين

تُعدّ حلقة التخزين الوجهة النهائية للإلكترونات المُسرّعة. يبلغ محيطها 216 مترًا، وتتألف من 14 قطاعًا متطابقًا تقريبًا. يتألف كل قطاع من قسم مستقيم وقوس، ويحتوي كل قوس على مغناطيسين ثنائيي القطب "للانحناء". يُعدّ كل مغناطيس ثنائي القطب مصدرًا محتملاً لضوء السنكروترون، كما يمكن لمعظم الأقسام المستقيمة استضافة جهاز إدخال ، مما يُتيح إمكانية وجود أكثر من 30 خطًا شعاعيًا في السنكروترون الأسترالي. يُستخدم قسمان من الأقسام المستقيمة لاستضافة  تجاويف الترددات الراديوية بتردد 500 ميجاهرتز في حلقة التخزين، وهي ضرورية لتعويض الطاقة التي يفقدها الشعاع من خلال إشعاع السنكروترون. تحتوي حلقة التخزين أيضًا على عدد كبير من المغناطيسات رباعية وسداسية الأقطاب المستخدمة لتركيز الشعاع وتصحيح اللونية . صُممت الحلقة لتخزين تيار مقداره 200 مللي أمبير ، مع عمر افتراضي للشعاع يزيد عن 20 ساعة.

أنظمة التفريغ

يُحفظ شعاع الإلكترونات في فراغ شديد طوال عملية التسريع وداخل حلقة التخزين. هذا الفراغ ضروري لأن أي تصادم للشعاع مع جزيئات الغاز سيؤدي سريعًا إلى تدهور جودته وتقليل عمره. ويتحقق الفراغ بتغليف الشعاع في نظام أنابيب من الفولاذ المقاوم للصدأ، مع وجود العديد من أنظمة مضخات التفريغ التي تعمل باستمرار للحفاظ على جودة الفراغ عالية. ويبلغ الضغط داخل حلقة التخزين عادةً حوالي 10⁻¹³ بار (10 نانو باسكال ).

نظام التحكم

ترتبط كل قناة إدخال/إخراج رقمية وتناظرية بمدخل في قاعدة بيانات ضمن نظام قاعدة بيانات مفتوح المصدر موزع ومخصص يُسمى EPICS (نظام التحكم التجريبي في الفيزياء والصناعة). تتم مراقبة حالة النظام والتحكم بها من خلال ربط واجهات مستخدم رسومية متخصصة بمدخلات قاعدة البيانات المحددة. يوجد حوالي 1,030,000 مدخل في قاعدة البيانات (تُعرف أيضًا بمتغيرات العملية)، يرتبط العديد منها بالإدخال/الإخراج المادي. يتم أرشفة حوالي 950,000 منها بشكل دائم على فترات تتراوح من أجزاء من الثانية إلى دقائق.

يتم التحكم بمستوى عالٍ في بعض المعايير الفيزيائية المتعلقة بالشعاع باستخدام برنامج MATLAB ، الذي يوفر أيضًا أدوات تحليل البيانات وواجهة مع نموذج حاسوبي للمُسرِّع. وتُؤمَّن حماية الأفراد والمعدات باستخدام أنظمة تعتمد على وحدات التحكم المنطقية القابلة للبرمجة (PLC) ، والتي تنقل البيانات أيضًا إلى نظام EPICS.

تستخدم خطوط الحزم أيضًا نظام EPICS كأساس للتحكم فيها.

خطوط حزم السنكروترون الأسترالية

خط شعاع الأشعة السينية اللينة ومحطة النهاية

خطوط الحزم قيد الإنشاء (حتى عام 2023)

  • التشتت البيولوجي بزاوية صغيرة (BioSAXS)
  • الانعراج والتشتت المتقدم (ADS1 و ADS2)
  • مسبار نانوي للتألق بالأشعة السينية (نانو)
  • علم البلورات الجزيئية الكبيرة عالي الأداء (MX3)

انظر أيضاً

مراجع

  1. ↑ جدول البث المباشر الرسمي للافتتاح وموقع الأرشيف ، 31 يوليو 2007
  2. ↑ "علماء يكشفون النقاب عن مسرع سنكروتروني عملاق" ، أخبار ABC ، 31 يوليو 2007، مؤرشف من الأصل في 22 سبتمبر 2007
  3. ↑ "دراسات حالة" . industry.synchrotron.org.au . مؤرشف من الأصل في 3 مارس 2016. تم الاطلاع عليه في 4 نوفمبر 2015 .
  4. ↑ "التقرير السنوي لعام 2015 للمسرع التزامني الأسترالي" (ملف PDF) . المسرع التزامني الأسترالي . تاريخ الاطلاع: 23 مارس 2016 .
  5. ↑ "ضوء السنكروترون سيتألق بشكل أكثر سطوعاً خلال العقد القادم" . 7 ديسمبر 2015.
  6. ↑ المنظمة الأسترالية للعلوم والتكنولوجيا النووية
  7. ↑ "منشأة نووية أسترالية تُركّب نظاماً ضخماً للطاقة الشمسية على سطحها لتوفير مليوني دولار" . رينيو إيكونومي . 7 مارس 2024.
  8. ↑ ماكجين، كريستين (30 مارس 2020). "خبراء أستراليون 'يكشفون' عن علاج لكوفيد-19" . صحيفة الأسترالي . تم الاطلاع عليه بتاريخ 31 مارس 2020 .
  9. ↑ "صحيفة حقائق جهاز السنكروترون الأسترالي" . مؤرشفة من الأصل في 3 يوليو 2014.

37°54′51″جنوبًا 145°08′34″شرقًا / 37.914092°جنوبًا 145.142649°شرقًا / -37.914092; 145.142649